2019 Fiscal Year Annual Research Report
Detection of stir zone and elucidation of bonding mechanism in friction stir diffusion bonding of dissimilar metallic foils
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17K06814
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| Research Institution | Utsunomiya University |
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Principal Investigator |
高山 善匡 宇都宮大学, 工学部, 教授 (60163325)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
山本 篤史郎 宇都宮大学, 工学部, 准教授 (40334049)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 摩擦撹拌接合 / 摩擦撹拌拡散接合 / 箔 / アルミニウム / チタン / EBSD解析 / 異材接合 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
5052アルミニウム合金と異種金属の100um厚の箔材に対し、摩擦撹拌拡散接合(Friction Stir Diffusion Bonding：FSDB)による重ね合わせ点接合を試みた。異種金属の組み合わせは混合エンタルピーが負の値を取る5052Al/Ti、5052Al/Cu、5052Al/Zr、5052Al/Feと選定した。接合パラメータは初期回転数60,000-105,000[rpm]、押し込み量3-20[um]、の範囲で変化させ、接合時間10[s]一定とした。摩擦撹拌は、接合過程において摩擦熱による温度上昇と材料の撹拌の二つの効果を与える。このうち温度の寄与を調査するためにセラミックヒーターを用い、箔材を初期設定温度20-150[C]の範囲で加熱して接合実験を行った。その結果、各温度において最適接合条件が異なる結果が得られた。すなわち、5052Al/Tiの組み合わせにおいて、初期設定温度20[C]時には、接合強度σ=146[MPa]が得られた。一方、初期設定温度150[C]時には、接合強度σ=69.13[MPa]が得られた。ツールの先端は、粒度P2000の研磨紙で表面処理を行い、Ra26[nm]とした。このツールを使用した接合において、最小押し込み量3[um]で良好な接合直径と上箔厚さを得た。
工業用純チタン箔の上にA5052, A4045およびA1050アルミニウム合金箔を重ね、摩擦撹拌拡散接合を行った。箔材のFSDBは105,000rpmの超高速回転するエアスピンドルによりアルミニウム上箔のみを撹拌することにより首尾よく遂行された。摩擦撹拌拡散点接合では、接合強度はツール中心からの距離によって変化した。撹拌領域と接合機構を調べるため接合断面のEBSD解析を行い、強度分布に対応する微細粒領域と粗大粒領域が観察された。
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